요약 생명체의 유전정보는 DNA에서 중간단계인 RNA를 거쳐 단백질로 전달되며 단백질에 저장된 유전정보는 다시 DNA로 변환되지 않는다는 생물학의 원칙.

유전정보(genetic information)는 DNA에 의해 암호화되어 저장되며, DNA 복제(replication)에 의해 다음 세대로 전달된다. 또한 전사(transcription)의 과정을 통해 DNA에 있던 유전정보는 RNA로 옮겨가고 다시 번역(translation)의 과정을 거치면서 만들어진 단백질(protein)에 의해 유전정보가 실체화되어 몸속에서 기능을 하게 된다. 이처럼 유전정보는 DNA에서 RNA, 단백질로 전환되면서 생명활동을 유지시키는데 필수적인 유전정보의 흐름을 형성하는데 이러한 흐름의 기본적인 원리를 분자생물학의 중심원리라고 한다.

중심원리의 핵심에는 이미 발현된 단백질의 유전정보가 거꾸로 DNA로 옮겨가지 않는다는 의미가 들어있다. 1953년에 염색체 DNA가 RNA 합성의 주형으로 이용되고 이 RNA가 세포질로 이동되어 단백질의 아미노산 서열을 결정짓는다는 가설이 제안되었고, 이러한 가설이 그 후 많은 연구에 의하여 점차 지지를 받게 되었는데, 그 결과 1958년에 프란시스 크릭(Francis Crick)이 이와 같은 유전정보의 흐름의 원리를 중심원리(central dogma)라고 지칭하였다. 이후 분자 생물학의 발전에 따라 생명체 내의 다양한 유전정보의 흐름들이 알려졌다.

유전정보 흐름의 방향


유전정보를 지니는 DNA, RNA, 단백질의 세 가지 물질에 대해 (3×3=)9가지 경우의 유전정보의 흐름을 생각할 수 있다. 9가지의 경우를 다시 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫째는 대부분의 세포에서 일반적으로 일어나는 유전정보의 흐름이며, 둘째는 특별한 경우의 유전정보의 흐름, 셋째는 지금까지 알려지지 않은-실제 일어나지 않을 것으로 생각되는-흐름이다.

1)대부분의 세포에서 일반적으로 일어나는 유전정보의 흐름
유전정보의 흐름의 방향이 <DNA→DNA>,<DNA→RNA>,<RNA→단백질>인 경우이다.

DNA 복제, <DNA→DNA>인 경우

다음세대로 유전정보를 전달해 주기 위해서는 DNA가 정확하게 복제되어야 한다. 복잡하게 꼬여있는 DNA의 구조를 풀어주는 단백질들과 원래의 DNA를 주형으로 새로운 DNA를 만드는 DNA중합효소(polymerase)와 이를 도와주는 단백질들이 함께 협동하여 DNA를 복제한다. 그리하여 다음 세대에서 다시 <DNA→RNA→단백질>의 사이클이 유전정보의 변화 없이 반복될 수 있는 것이다.

전사, <DNA→RNA>인 경우

전사는 DNA에 간직된 유전정보가 mRNA(messenger RNA: 전령 RNA)로 합성되면서 RNA로 옮겨가는 과정이다. 이 과정은 RNA중합효소와 전사인자(transcription factor)들에 의해 수행된다. 진핵세포(eukaryotic cell)에서는 일차적으로 만들어진 mRNA(pre-mRNA)가 후에 선택적 이어붙이기(alternative splicing)의 과정을 거쳐서 완성된 mRNA가 된다.

번역, <RNA→단백질>인 경우

전사 과정을 거쳐 완성된 mRNA는 리보솜(ribosome)으로 가서 ‘번역’되어 단백질로 만들어진다. 원핵세포(prokaryotic cell)에서는 핵(nucleus)이 따로 구분되지 않기 때문에 전사와 번역이 연결되어 동시에 일어나기도 한다. 하지만 진핵세포에서는 전사가 일어나는 장소(세포의 핵)와 번역이 일어나는 장소(세포질)가 나누어져 있기 때문에 mRNA는 핵에서 세포질로 이동해야 한다. 리보솜에서 mRNA의 유전정보가 tRNA(transfer RNA: 전이 RNA)에 의해 읽혀지면서 단백질이 합성된다.


2)특별한 경우의 유전정보의 흐름

유전정보의 흐름의 방향이 <RNA→DNA>,<RNA→RNA>,<DNA→단백질>인 경우이다.


역전사(reverse transcription), <RNA→DNA>인 경우


역전사는 정상적인 전사과정의 반대이며 유전정보가 RNA에서 DNA로 옮겨간다. 이것은 HIV와 같은 레트로바이러스(retrovirus)에서 일어나는 것으로 알려져 있으며 진핵생물(eukaryote)에서는 역전위인자(retrotransposon)에 의해 일어난다.

RNA 복제, <RNA→RNA>인 경우

RNA 복제는 하나의 RNA를 주형으로 새로운 RNA를 만드는 것이다. 이러한 과정은 몇몇 RNA 바이러스에 의해 가능한 것으로 알려져 있다.

DNA로부터 직접 단백질로 번역, <DNA→단백질>인 경우

인위적으로 DNA를 이용하여 직접 단백질을 합성하는 것이 가능하지만 실제 세포 안에서는 일어나지 않는다.

3)지금까지 알려지지 않은 유전정보의 흐름

유전정보의 흐름의 방향이 <단백질→DNA>,<단백질→RNA>,<단백질→단백질>인 경우이다. 이러한 식의 유전정보의 흐름에 대해서는 거의 알려지지 않았지만 프리온(prion)의 경우 이와 비슷한 과정을 거치는 것으로 여겨지고 있다.

프리온, <단백질→단백질>인 경우

프리온은 같은 종류의 다른 단백질과 접촉하여 구조적인 변형을 일으킴으로써 스스로 증식하는 단백질을 가리키는 말이다. 균류(fungi)에서 이러한 변화는 다음세대로 전해질 수 있으므로 단백질에서 단백질로의 유전정보의 흐름이라고 얘기할 수도 있다. 하지만 엄밀하게 이야기하면 단백질의 아미노산 서열이 바뀐 것이 아니므로 중심원리에 어긋난다고 말할 수는 없다.